兩增一減技術提升方向，解決“膜三貴”難題

MBR又稱膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor），是將活性污泥法與膜分離技術相結合的新型水處理技術。

什么是“膜三貴”？

傳統對于MBR工藝的認知中認為，MBR工藝的優點是，出水標準高（可達到準三/四類水和回用水標準），占地面積?。ㄕ嫉孛娣e不到傳統工藝的一半）。但是業內認為MBR工藝也有三大劣勢：投資高、運行成本高、換膜成本高，業內稱之為“膜三貴”。目前，在國際上，膜材料和膜應用已經取得了巨大進步，“膜三貴”的問題已經得到了充分化解，兩增一減技術提升在其中發揮了重要作用。

什么是兩增一減?

MBR技術的進步方向可以歸納為兩增一減：兩增指的是膜通量大幅增加、膜壽命增加。也就意味著，處理同樣量的污水，膜的占用面積越來越小，原材料的消耗量也會越來越少。一減指的是，膜的運行能耗減少，這就解決了買膜貴和用膜貴、換膜貴的問題。

如何增加膜通量、提升膜的使用壽命？

在MBR技術進步的探索過程中，膜孔徑是很關鍵的因素之一。有專家認為，在MBR領域，普遍對膜孔徑不是很關注，但是這個環節又是非常重要的。以0.1微米為界，0.1微米以上的是微濾，0.1微米以下是超濾。目前國際趨勢是MBR工藝的膜孔徑會越做越小，如國際的一線膜品牌都把膜孔徑做到了0.03微米左右，宮奇環境的膜產品平均孔徑也都做到了0.03微米。之所以把膜孔徑做的這么小，主要是考慮到細菌的尺寸，細菌的尺寸一般大于0.2微米，將膜孔徑平均控制在0.03微米，主要是考慮孔徑要小于細菌在膜抽吸過程中的收縮直徑，一旦細菌穿過膜孔就會在膜孔內部繁殖筑巢，引起濾膜不可恢復性的污染。

很多時候，濾膜達到最終的使用壽命，并不是因為膜的機械性破損，大多數情況是因為不可恢復性的膜污染導致膜產水量的衰減，即使通過頻繁的藥洗，膜通量都不能回歸到原來的狀態。

因此采用小孔徑超濾，在MBR系統中可以大幅延長濾膜的使用壽命，同時膜孔徑做小，藥劑成本也可以節約一半。

 

關于膜通量指標的提高，行業有兩種技術路線：一種是把膜孔做大。膜孔徑做大，純水通量高，但在污水中高通量就不可持續、流量彈性?。ㄆ骄ね?lt;20LMH，峰值膜通量<25LMH），同時，膜通量衰減較快，膜使用壽命較短（生活污水 5~7年）。

第二種方式是把膜孔做小，但開孔率提高?？讖叫∏揖鶆?、開孔率高，不僅純水通量高，污水中高通量也可持續、流量彈性大（平均膜通量25~30LMH， 峰值膜通量<55LMH），膜通量衰減也變慢，膜使用壽命長（生活污水 10~15年）。

如何降低膜的運行能耗？

從傳統MBR工藝污水廠全廠各部分電耗占比來看，膜系統的電耗甚至占到了全廠電耗的一半。而從傳統MBR膜系統各部分電耗占比來看，膜吹掃曝氣鼓風機占比達到了75%。由此可看出，膜吹掃曝氣是整個MBR工藝污水廠用電量最大的部分。

 

1、降低膜的氣水比

控制膜運行能耗的一個關鍵問題就是如何降低膜的氣水比。影響膜吹掃氣水比的因素有：膜裝填密度、膜通量高低、膜吹掃曝氣形式。由此，世浦泰推出了膜吹掃節能脈沖曝氣系統，傳統MBR中空纖維膜（配套穿孔管曝氣），膜吹掃氣水比為 8:1~12:1。宮奇環境高通量MBR中空纖維膜（配套節能脈沖曝氣器），可以將膜吹掃氣水比控制在 3:1~3.5:1。

 

那么，關于膜曝氣能耗高的問題，行業也在討論，是不是采用振動膜技術會好些呢？

事實上，振動膜技術在國外已經歷經了30年的發展，但仍未進入實質性的商業化應用。經過研究認為，如果達到與曝氣吹掃相同的擦洗效果，需要高頻振動，而高頻振動能耗高于曝氣吹掃方式；低頻振動無法達到曝氣吹掃相同的擦洗效果，采用低頻振動方式雖然可能實現較低的運行能耗，但是以犧牲膜通量和膜池污泥濃度為代價的。

2、降低膜產水能耗

從膜系統噸水電耗占比看，膜產水泵電耗占比達20%，控制膜運行能耗的另一個關鍵問題是如何降低膜產水能耗。在某市政污水項目中持續運行瞬時膜通量31LMH，完全依靠的是膜重力產水，只是在峰值的時候偶爾會啟動產水泵，這樣可以節省0.04度電。

3、MBR工藝優化

除了膜系統本身，其實膜工藝也有很大的優化空間。通常行業采用最多的A2O- MBR，從功能上看沒有問題，但膜系統的三段回流，意味著能耗比較高，現在國際上技術發展方向更傾向于一段回流，可有效降低回流的能耗。另外，新加坡某污水廠采用五段AO-MBR工藝，全廠噸水電耗僅0.27kwh。

05“333”引領膜行業變革，為MBR書寫更廣闊的應用場景

對于日處理規模萬噸級以上的城鎮污水處理廠而言，能夠持續穩定運行的膜通量達到30LMH，膜吹掃氣水比降至3：1以下，MBR工藝污水廠全廠運行噸水電耗降至0.3kwh/m³以下。這個目標的達成，意味著MBR工藝實現了與傳統工藝相同甚至更低的投資成本、運行成本和全生命周期綜合成本，而MBR工藝占地省、出水好的優勢依然保留，屆時行業將會重新定義。”

處理規模5萬噸/天的市政污水處理廠項目中，可以將出水標準做到準四標準，與傳統A2O工藝以及傳統MBR工藝相比，新MBR工藝的噸水電耗已經基本持平，甚至更低。建設成本方面，20年生命周期綜合成本對比來看，已經持平或更低。

 

很多人關注點在于，在未來的技術產品化以及高質量發展的背景下，未來MBR的應用方向是什么？其實產品本身的優化很關鍵，即產品本身的精進，比如推出一款更高通量的膜，氣水比降到2：1，或者更高。另外一方面，任何產品都離不開工藝，MBR工藝本身也有優化的空間，目前的一個研究實驗，厭氧氨氧化和MBR工藝相結合的研究，已經取得了非常好的效果，將會有更多的應用場景，這樣產品本身就有更多的運作空間。

MBR技術的進步，也必然引發污水處理行業趨勢的變化。從目前政策和市場發展趨勢來看，對于MBR工藝的需求正在提升。2021年，十部委推出《關于推進污水資源化利用的指導意見》，明確提升地級市污水資源化比例要求。其次，排放標準不斷提高，以及土地資源緊張、鄰避效應等問題突出。市場對地埋式污水廠的大力推進，以及污水廠原位擴能提標需求、新型污染物去除需求的提升等等，都促進了對MBR工藝的需求。另一方面，技術進步也會促進MBR工藝的優化，包括高性能膜材料（高通量、長壽命）、大規模自動化生產降低成本、膜應用節能降耗技術（膜吹掃脈沖曝氣技術、膜重力產水技術）等，隨著高性能膜產品和技術的推廣，將改變行業的天平。

 

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